網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在曉南礦選煤廠集中控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

趙崢　劉迎　耿步平

摘 要：現(xiàn)代化選煤廠應(yīng)基于通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、多模式人機(jī)交互技術(shù)等，建立以網(wǎng)絡(luò)為支撐，信息管理為核心，監(jiān)控與管理實(shí)現(xiàn)一體化的以信息技術(shù)為手段的集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)集中管理和高層監(jiān)控，遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)；提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制；資源高度共享；高效營運(yùn)；推動(dòng)企業(yè)信息化，加快技術(shù)進(jìn)步；增強(qiáng)企業(yè)的綜合效益和競爭實(shí)力。文章介紹了基于信息網(wǎng)絡(luò)的的集中控制系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)功能與作用以及在曉南礦選煤廠的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：信息；網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)集成

前言

曉南礦選煤廠是一座年處理能力220萬噸的礦井型選煤廠。有多個(gè)生產(chǎn)作業(yè)流程，有原煤篩選車間，重介車間，跳汰車間，壓濾車間及尾礦水循環(huán)利用系統(tǒng)。生產(chǎn)加工工藝繁雜，生產(chǎn)量大，參與生產(chǎn)加工的設(shè)備多，車間廠房分布區(qū)域大，需要自動(dòng)化程度高。

現(xiàn)有集控系統(tǒng)于2004年11月投入運(yùn)行，其構(gòu)成主要包括PLC控制、視頻監(jiān)控、調(diào)度通信三大部分，各系統(tǒng)分別獨(dú)立，各成系統(tǒng)，沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，通信介質(zhì)采用通信電纜，經(jīng)常出現(xiàn)通信故障情況，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行；根據(jù)生產(chǎn)需要工藝不斷的調(diào)整變化，軟件、硬件模塊已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝；長時(shí)間運(yùn)行，原有設(shè)備元器件不斷老化，維護(hù)難度和維護(hù)成本越來越高，故障率也越來越高，因此，非常有必要對(duì)現(xiàn)有集控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

1 信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2013年，曉南礦選煤廠與徐州兆恒工控科技有限公司合作，對(duì)曉南礦選煤廠集中控制系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)信息及集中控制系統(tǒng)改造。研究決定將曉南礦選煤廠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為三個(gè)層次，分別為信息管理網(wǎng)絡(luò)層、生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層。在這三個(gè)層次中建立起完整的控制及管理信息網(wǎng)絡(luò)，使曉南礦選煤廠形成集設(shè)備集中連鎖控制、工藝過程參數(shù)監(jiān)視及控制、信息傳輸及生產(chǎn)信息管理為一體的多功能綜合自動(dòng)化控制體系，使選煤廠生產(chǎn)與管理系統(tǒng)建立在一個(gè)高度網(wǎng)絡(luò)信息化的平臺(tái)上，是一個(gè)多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.1 信息管理網(wǎng)絡(luò)層

管理信息網(wǎng)絡(luò)層包括：信息管理服務(wù)器、各車間管理計(jì)算機(jī)、技術(shù)組、廠、礦領(lǐng)導(dǎo)等所需管理計(jì)算機(jī)以及連接這些終端的交換機(jī)等。在該網(wǎng)絡(luò)中，信息管理服務(wù)器負(fù)責(zé)從各個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端以及生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層中獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定的規(guī)則對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、匯總、存儲(chǔ)，并生成各種有用報(bào)表。該網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)計(jì)算機(jī)終端，能將各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總到信息管理服務(wù)器上，同時(shí)，能從信息管理服務(wù)器上獲得自己需要的信息。

1.2 生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層

生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層包括：環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)、控制計(jì)算機(jī)、IP調(diào)度計(jì)算機(jī)、各個(gè)遠(yuǎn)程控制終端、無線通話基站、IP調(diào)度管理機(jī)、數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)器、視頻服務(wù)器等。在該網(wǎng)絡(luò)中，環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)采用光纖作為傳輸介質(zhì)，不受現(xiàn)場各種電磁干擾的影響，最大限度的保證了控制信息的可靠性。生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的存在，為各種信息的采集和傳輸提供了一個(gè)快速通道。除此之外，該網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)冗余功能，當(dāng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的任何一點(diǎn)斷開時(shí)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能沒有影響，此時(shí)，斷網(wǎng)提示能快速的反映到控制計(jì)算機(jī)上，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。

1.3 現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層

現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層主要包括：由各個(gè)分站向下延伸的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、Modbus網(wǎng)絡(luò)、通用串口網(wǎng)絡(luò)，或者從工業(yè)環(huán)網(wǎng)直接向外延伸的各種總線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)一般采用485通信，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。這些網(wǎng)絡(luò)分在各個(gè)生產(chǎn)車間，主要負(fù)責(zé)局部設(shè)備的控制和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，如Modbus網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)電機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集、變頻器參數(shù)采集，電度表數(shù)據(jù)采集，Profibus網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)變頻器參數(shù)調(diào)節(jié)以及變頻器參數(shù)采集等。它們將采集的數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層，按照指定的協(xié)議上傳到控制計(jì)算機(jī)，供生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)行參考。

2 現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 PLC硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)曉南礦選煤廠的特點(diǎn)，采用了集散型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。主站設(shè)在選煤廠集中控制室，分站分別設(shè)在篩分車間、重介車間、跳汰車間、壓濾車間、煤泥干燥車間、聯(lián)合泵房等主要生產(chǎn)車間配電室。

主站和各個(gè)獨(dú)立分站都采用一套獨(dú)立的S7-300可編程控制器進(jìn)行控制。變頻器、電機(jī)綜合保護(hù)器、流量計(jì)、灰分儀等設(shè)備通過PROFIBUS、MODBUS總線與PLC分站通訊，形成完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。

2.2 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

曉南礦選煤廠既有重介選煤，又有跳汰選煤，都通過篩分車間給2個(gè)洗煤車間提供生產(chǎn)原料，而2個(gè)洗煤車間又有共用生產(chǎn)環(huán)節(jié)，軟件邏輯閉鎖關(guān)系復(fù)雜，在軟件設(shè)計(jì)上，既要保證2個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，又要保證另一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而不互相影響。并在設(shè)計(jì)上做到了以下幾點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)運(yùn)行中，某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障停車時(shí)，故障設(shè)備沿煤流方向以后設(shè)備同時(shí)停車，故障設(shè)備沿煤流方向前設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間順序停車，如在延時(shí)范圍內(nèi)故障排除，延時(shí)順序停車程序終止，操作人員重新啟動(dòng)預(yù)警鈴起車，不能在延時(shí)范圍內(nèi)排除故障，停止全部起車設(shè)備。

（2）監(jiān)視系統(tǒng)、與控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)鏈接，當(dāng)某臺(tái)設(shè)備起車或運(yùn)行中故障停車，上位機(jī)有聲光報(bào)警，上位機(jī)畫面立即跳到故障點(diǎn)的畫面，提示操作人員處理故障；同時(shí)，在大屏幕上顯示故障點(diǎn)附近定點(diǎn)攝像頭畫面，智能球轉(zhuǎn)向故障設(shè)備區(qū)域；按照故障等級(jí)，將故障原因以電話短信的方式發(fā)到相關(guān)人員或值班人員的手機(jī)上，以便盡快處理故障。

（3）集控起停車的設(shè)備可以任意的連鎖、解鎖、而不影響其他設(shè)備的起停；任意幾臺(tái)設(shè)備可以連鎖集控運(yùn)行。

（4）可以模擬起車、運(yùn)行程序，而現(xiàn)場的設(shè)備不需要啟動(dòng)，作為調(diào)度員培訓(xùn)、軟件調(diào)試起停車流程用。還可對(duì)起車流程進(jìn)行修改，以適應(yīng)將來工藝流程的變化。

3 監(jiān)視、通訊、信息管理系統(tǒng)

3.1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由電視墻、攝像機(jī)、視頻分配器、硬盤錄像機(jī)、視頻終端計(jì)算機(jī)、視頻光端機(jī)、矩陣切換器傳輸介質(zhì)等組成。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程布線及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：通過局域網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)；每路攝像頭通過光纖局域網(wǎng)傳輸；視頻信號(hào)供電采用局部集中供電模式，保證了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性；調(diào)度人員能監(jiān)視視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電狀態(tài)，便于及時(shí)排查故障。

3.2 調(diào)度通訊系統(tǒng)

主要特點(diǎn)：（1）采用雙調(diào)度鍵盤模式，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；（2）硬件平臺(tái)集成了電話錄音功能，無需增加第三方的錄音卡，就能實(shí)現(xiàn)電話錄音功能；（3）系統(tǒng)靈活的將遠(yuǎn)程的無線分機(jī)和IP電話都納入了系統(tǒng)內(nèi)部分機(jī)編號(hào)中，對(duì)固話分機(jī)、遠(yuǎn)程IP分機(jī)以及無線分機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一編制短號(hào)、統(tǒng)一指揮調(diào)度、統(tǒng)一維護(hù)管理，將調(diào)度指揮功能從本地延伸到遠(yuǎn)端的每一個(gè)角落。

3.3 信息管理系統(tǒng)

選煤廠信息管理系統(tǒng)是一套網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，這套應(yīng)用程序運(yùn)行在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，在服務(wù)器上裝有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來源與集控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和各部門手動(dòng)錄入的數(shù)據(jù)。

整個(gè)信息管理系統(tǒng)包括一下幾部分：信息管理服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)。信息管理系統(tǒng)軟件運(yùn)行在信息管理服務(wù)器上，選煤廠內(nèi)的每臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)都算作該服務(wù)器的客戶端，用戶可以通過IE瀏覽器或客戶端程序進(jìn)行填報(bào)數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)、導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

信息管理系統(tǒng)的主要功能：（1）信息公告；（2）工作流功能；（3）調(diào)度臺(tái)帳；（4）化驗(yàn)臺(tái)帳；（5）成本考核；（6）機(jī)電設(shè)備管理；（7）數(shù)據(jù)曲線；（8）倉庫管理；（9）設(shè)備運(yùn)行記錄；（10）操作記錄查詢。

3.4 巡檢考勤系統(tǒng)

巡檢考勤系統(tǒng)分布在各個(gè)車間的考勤機(jī)通過以太網(wǎng)與放置在集中控制室的考勤服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。用戶的各種信息，在考勤服務(wù)器上進(jìn)行采集后，通過U盤下載到各個(gè)考勤機(jī)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)直接下載靠考勤機(jī)。

功能及特點(diǎn)：（1）考勤員通過本系統(tǒng)可以簡單清晰地統(tǒng)計(jì)員工考勤信息，方便快捷地生成報(bào)表；（2）圖形操作、方便調(diào)整、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、快速準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理、自動(dòng)升級(jí)；（3）通過接線端子外接音箱，可以將識(shí)別后的語音報(bào)姓名、報(bào)警聲音放大輸出；（4）設(shè)置考勤時(shí)間間隔：通過設(shè)置考勤時(shí)間間隔，有效減少重復(fù)考勤記錄數(shù)量。

4 效益分析

4.1 安全效益

改造后的集中控制系統(tǒng)擁有先進(jìn)可靠的控制硬件；完善的皮帶和電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)；科學(xué)的設(shè)備狀態(tài)檢測；視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。形成了一套完整的選煤廠底層自動(dòng)化系統(tǒng)，為選煤廠安全可靠運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，完善的監(jiān)測監(jiān)控手段，對(duì)選煤廠機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的隱患提前預(yù)警，可有效避免生產(chǎn)過程重大事故的發(fā)生。

原系統(tǒng)于2004年投入運(yùn)行，PLC模塊電子元件已老化，可靠性降低，不可預(yù)見性的故障明顯增多，控制繼電器由于長時(shí)間運(yùn)行，通斷的可靠性大大下降，導(dǎo)致選煤廠生產(chǎn)中斷增多。集控系統(tǒng)改造后，設(shè)備監(jiān)測手段先進(jìn)，故障報(bào)警功能完善，故障分析、處理時(shí)間大大減少。和之前的情況相比較，每周故障處理時(shí)間減少20分鐘計(jì)算，一年按照300個(gè)生產(chǎn)日計(jì)算（300/7=40周），每年減少處理設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間800分鐘。

4.2 管理效益

新的集控系統(tǒng)在集控室安裝了服務(wù)器，既可以實(shí)現(xiàn)控制功能，又可以實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)在全廠、全礦、全局瀏覽流程畫面，查看選煤廠的各種生產(chǎn)信息，供管理人員監(jiān)視、調(diào)度指揮生產(chǎn)。為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和管理人員提供了科學(xué)的決策依據(jù)。通過系統(tǒng)的軟硬件資源，建立集控系統(tǒng)日志，并查看歷史數(shù)據(jù)，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了廠區(qū)現(xiàn)代化管理水平。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

原有系統(tǒng)不能在線改變重介車間、篩分車間公用部分工藝流程，每次改變流程都要把所有的設(shè)備停下，更改流程后，重新啟動(dòng)。這樣增加了設(shè)備無故障停車時(shí)間，多消耗了電能，影響整體工作效率，新的集控系統(tǒng)能夠在線改變流程，使2個(gè)流程公用的設(shè)備不停機(jī)， 其他設(shè)備按閉鎖關(guān)系起停，節(jié)約電能，提高生產(chǎn)效率；能夠在線改變閉鎖關(guān)系，調(diào)整運(yùn)行的設(shè)備。生產(chǎn)流程主要設(shè)備的總?cè)萘繛?4297.4KW，按平均每天減少全停機(jī)改變流程一次，折合空開皮帶等設(shè)備30分鐘。此一項(xiàng)每年節(jié)約電能40多萬元。

5 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化時(shí)代已經(jīng)到來，綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化是本世紀(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢。建立信息化網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)管理監(jiān)控系統(tǒng)，可充分利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測和信息管理功能，從而使生產(chǎn)信息系統(tǒng)從單元化走向多元化，對(duì)過程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量改善、生產(chǎn)效率提高及安全性、可靠性保障等方面起到重要作用。

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